【発明の詳細な説明】
ホウ酸添加剤による潤滑作用の改善背景技術
本発明は、ホウ酸および油またはグリース、またはその他の潤滑剤基剤の混合
物から調製される改善された潤滑剤に関する。本発明は、ホウ酸および／または
ホウ酸を形成する酸化ホウ素および種々の工業用ポリマーの混合物から調製され
る改善された自動注油式複合潤滑剤にも関する。特に、本発明は特定範囲の大き
さと量のホウ酸粒子を混合物および／または懸濁液中に含む混合物に関する。潤
滑剤は、機械部品の保護と機械の運転寿命の延長に重要な役割を果たす。効率と
性能が高くなるのに伴い、機械はより注文の厳しい、難しい条件で運転されるた
め、潤滑剤の特性の至適化は未だ主な目的となっている。多くの添加剤が開発さ
れているが、現在潤滑剤から生じる増加しつつある要求を満たすためになすべき
事は多々ある。発明の目的
従って、本発明の目的は改善された潤滑剤を提供する事である。
本発明のもう一つの目的は、新しい潤滑剤添加剤を提供する事である。
本発明の更なる目的は、改善された固相潤滑剤添加剤を提供する事である。
本発明の更なる目的は、そのまま潤滑剤として使用するために、あるいはその
後別の潤滑剤に添加して別の潤滑剤の潤滑性を改善するために濃縮物として使用
するために、潤滑剤基剤にホウ酸固体が分散された新しい潤滑剤を提供する事で
ある。
本発明の更なる目的は、ホウ酸添加剤を使用してセラミック、樹脂および／ま
たは金属部品を潤滑にする改善された方法を提供する事である。
本発明の更なる目的は、潤滑剤基剤にホウ酸およびポリマー固体添加剤を含む
新しい多機能潤滑剤を提供する事である。
本発明の更なる目的は、樹脂／ポリマー複合物および／または系の一部として
使用する改善された固体潤滑剤と方法を提供する事である。
本発明のその他の目的、特徴および利点は、添付の図と具体例と組み合わせれ
ば、以下の概要と請求項から本技術に精通する者にとって明らかである。図面の簡単な説明
図１は、下記表IIIと添付の本文に説明されているように、ポリイミド樹脂複
合物と本発明のホウ酸添加剤をその中に含めたポリイミド樹脂の摩擦係数を比較
した図である。上のプロットはポリイミド系基剤に関して決定された係数を示し
、下のプロットは本発明のポリイミド／ホウ酸／酸化物複合物に対応している。
参照したASTM法と同じく、比較は10N、6rpm、20-80％R.H.、R温度（室温）で実
施した。発明の概要
本発明は、その多様な観点から、樹脂組成物と共に潤滑組成物を提供する。本
発明は、上記に概説された問題と欠点を含む従来の技術における公知の問題と欠
点を克服する。一部、本発明は固体結晶ホウ酸と非水性潤滑剤基剤を含む潤滑組
成物である。好ましい実施例において、非水性潤滑剤基剤には、石油、鉱油、合
成油、シリコーン油、これらの混合物、非水性溶媒、鉱物グリース、合成に基づ
くグリース、その混合物が含まれるが、これらに限定されない。また、好ましい
実施例において、摩擦と摩耗を減少させるホウ酸は、組成物の0.05-50重量パー
セントである。非常に好ましい実施例において、ホウ酸は組成物の0.1-1.0重量
パーセントである。また、ホウ酸の結晶はは約0.1-40ミクロンの大きさである。
本技術に精通する者にとって明らかなように、より小さな粒子／結晶サイズのホ
ウ酸を使用することにより、利点が増す。粒子／結晶サイズは全て、本発明のホ
ウ酸
を提供するためにに利用可能な技術によってのみ制限される。また、ホウ酸成分
の重量パーセントは、利用可能な調合技術と潤滑性を改善するために必要なホウ
酸の量によってのみ制限される。本発明の同様の特徴は、下記を含む樹脂組成物
に当てはまり、同じ効果を発揮する。
この様な潤滑組成物の実施例には更に、抗酸化剤、金属不動態化剤、錆止め剤
、粘度指数向上剤、流動点降下剤、分散剤、洗剤、極圧添加剤、抗摩耗添加剤、
およびその混合物を更に含める事ができるが、これらに限定されない。特に、追
加の添加剤が分散剤の場合、分散剤はホウ酸を潤滑剤基剤全体に均一に維持する
ために十分な量が存在する。
非常に好ましい実施例は、潤滑剤基剤がグリースである。あるいは、それに限
定はされないが、非常に好ましい実施例は、上記に記載されているような潤滑組
成物を添加された油組成物である。後者の実施例に関して、潤滑剤基剤は、油組
成物にホウ酸添加時、所望の潤滑特性を提供するのに十分量のホウ酸が含まれる
様な、ホウ酸の濃度または重量パーセントが高い非水性溶媒であるか、それを含
めることができる。この様な方法で、本発明の潤滑組成物は、その後油、グリー
スなどに添加するための濃縮物として使用できる。
一部、本発明は粒子状ホウ酸添加剤と合成ポリマーを含む固体樹脂組成物で、
これによってホウ酸添加剤は、その成分から形成され、引き続き処理される時に
その組成物を潤滑にするのに十分な量が、ポリマー内に分散される。これに加え
て、この様な樹脂は、滑り、転がり、回転接触の観点から有用な意外な極めて低
い摩擦および摩耗特性を提供される。本発明の一形態において、樹脂の形成およ
び／または処理条件において、添加剤はホウ酸と水の水和生成物である。添加剤
が同一であるかどうかに関わりなく、ホウ酸添加剤は組成物の約0.05-50重量パ
ーセントである。非常に好ましい実施例において、ホウ酸添加剤は約0.1-1.0重
量パーセントである。
好ましい実施例において、ホウ酸添加剤の粒子の大きさは約0.1-500ミクロン
である。同様に、本技術に精通する者にとって明らかな様に、添加剤が均等に分
布していることは必ずしも必要ではないが、好ましい。粒子の大きさに関して、
本技術に精通する者により、粒子の大きさは加工処理と調合のパラメーターと共
に樹脂適用の関数となり得る。前述の検討事項に加えて、技術的に達成可能な粒
子の大きさはどれでも本発明により使用する事が可能で、結晶の破砕により所望
の水準よりも観察される潤滑性が低下する可能性があることが明らかにされてい
る。
好ましい実施例において、本発明の樹脂組成物との配合に有用なポリマーは、
ポリイミド、ポリアミド、エポキシ樹脂、テフロン材料および構造的に関連があ
るフッ素ポリマーを含むポリオレフィンおよびポリウレタンが含まれるが、これ
らに限定されない。あるいは、同様の効果を持つこの様なポリマーは熱硬化性プ
ラスチック材料である。
本発明の種々の実施例は、グラファイト、二硫化モリブデン、フッ素化ポリエ
チレンを含むがこれらに限定されない、その他の潤滑剤および／または充填剤と
組み合わせて使用できる。同様に、この様な樹脂組成物には炭素繊維を含める事
ができる。
一部において、本発明は、ホウ酸添加剤と熱硬化性ポリマーを含む自動注油式
樹脂組成物で、これによってホウ酸添加剤は組成物の摩擦係数を低下させるのに
十分な量が組成物中に分散される。好ましい実施例において、添加剤は酸化ホウ
素で、樹脂形成および／または加工処理条件において、水と反応する際、ホウ酸
が形成される。
添加剤が摩擦または摩耗を低下させる酸化ホウ素であるかどうかに関わりなく
、この様な添加剤は好ましくは、組成物の約0.05-50重量パーセントである。非
常に好ましい実施例において、添加剤は組成物の約1.0-20重量パーセントで存在
する酸化ホウ素である。上記の検討事項に加えて、添加剤が酸化ホウ素であるか
どう
かには関わりなく、添加剤は好ましくは約0.1-500ミクロンの大きさの粒子であ
る。この様な自動注油式樹脂には添加成分として炭素繊維を含める事ができる。
本発明の好ましい形態の1つにおいて、潤滑剤基剤への添加剤は、ホウ酸また
はホウ酸を形成する酸化ホウ素の分散剤の形態を取る。この実施例のホウ酸添加
剤は、粒子径約0.5から100ミクロンの範囲の固体粒子の形態で入手できる。この
添加剤の好ましい形態は、本質的にホウ酸粉末で、カリフォルニア州ロサンゼル
スのU.S.Borax社から入手できる。その結果得られるその中にホウ酸を分散させ
た潤滑剤は、潤滑剤に懸濁されると、ホウ酸の摩擦特性が低い利点を獲得する。
潤滑剤基剤の例は、石油に基づく油、合成油、鉱油、炭化水素に基づく油、シリ
コーン油などの油、または好ましくはホウ酸と反応しないその他の適切な潤滑剤
である。例えば、望ましくない反応には、ホウ酸の層状結晶構造の破壊または大
きな乱れである。本発明の範囲を制限せずに、ホウ酸の粒子は、圧と摩擦牽引力
が大きい条件下に、荷重面と相互作用し、優れた反発弾性と耐荷重能を提供する
。結晶ホウ酸粒子の層状構造は、比較的容易に互いに滑り合い、摩擦と摩耗を減
少させることができる。
本発明のホウ酸は、約170℃までの温度で運転されるシステムに特に有用であ
る。その時ホウ酸は潤滑剤基剤の中に成分として分散されており、その結果混合
物の性能は大きく改善される。
別の実施例において、ホウ酸およびホウ酸を形成する酸化ホウ素は、ポリマー
と混合され、約170℃までの温度で潤滑剤として使用できる。その結果得られた
潤滑剤は、混合物の性能が改善されたものである。試験により、対応する従来の
潤滑剤、特に潤滑剤が循環されている潤滑系に関して、10-1000％以上のオーダ
ーの改善が示されている。
最も好ましい実施例において、少なくとも0.1から0.2重量％の量で存在するホ
ウ酸との安定した懸濁液の形成を促進するために、ホウ酸の粒子の大きさは約0.
2から40ミクロンである。油の中に混合および／または分散できる固体粒子の量
は、粒子の大きさに依存する。粒子の大きさが小さいほど、油の中に懸濁できる
粒子の量は増える。一般に、油にとって好ましい範囲は約0.5から50重量パーセ
ント、グリースにとって約1-50重量パーセントで、最も好ましい範囲は油にとっ
て1-15％、グリースにとって1-20％である。
油とグリースに添加されるホウ酸粒子の大きさと量は一般に、その結果生じる
、懸濁液中に固体粒子を含む潤滑剤混合物の用途によって決定される。最終混合
物中に添加剤が実質的に均質または安定して分散させるために、従来の器具と技
術を使用できる。安定した分散とは、安定剤と担体液体媒質の存在下に固体潤滑
剤粒子が分離した別々の粒子として存在する混合物を意味する。潤滑剤基剤に粒
子を均質に分散させる方法は、本技術において公知である。より大量のホウ酸を
含む濃縮物をまず調製し、次に従来の油またグリースに加えることも可能である
。潤滑剤は更に、潤滑剤の基本特性を更に改善するその他の添加剤を含める事が
できる。その様な添加剤には、抗酸化剤、金属不動態化剤、錆止め剤、粘度指数
向上剤、流動点降下剤、分散剤、洗剤、液体および固体タイプの極圧添加剤、抗
摩耗添加剤が含まれる。本発明の潤滑剤組成物の調製に有用な潤滑剤基剤のグリ
ースは、極圧に適用される基剤として使用される公知のグリースのいずれでも良
い。
予備試験により、未処理ポリマー基剤と比較すると、本発明に従って調製され
る自動注油式ポリマー複合物は、摩擦を50％から90％減少させることができ、摩
耗は測定できないくらいまでに減少させることが示されている。従来のポリマー
に組み入れられた酸化ホウ素粒子は、抗摩耗および抗摩擦特性を増強し、それら
の物理的強度と耐荷重能を増加させることが明らかにされている。本発明の潤滑
剤添加剤は、摩擦および摩耗の非常に少ない移動する樹脂／ポリマー面を提供す
る。従って、これらのポリマーの滑り性能と摩耗までの期間を顕著に増大する。
滑る物体の温度、ノイズレベル、振動は低下し、効率は顕著に高くなる。
本技術において通常の技術を有する者にとって明らかなこれらおよびその他の
利点は、摩擦および摩耗特性を強化するために、酸化ホウ素とポリマーの混合物
の形態で、本技術に精通する者にとって公知の充填剤を使用することにより達成
できる。
本発明の添加剤は酸化ホウ素であり、粒子サイズが直径約0.5から1,000ミクロ
ン以下の固体粒子の形態で利用できる。本発明の混合物はユニークで、適切なポ
リマーと混合された酸化ホウ素の表面に自然に形成される滑りやすいホウ酸フィ
ルムの利点を持つ。酸化ホウ素の粒子は、高い圧および摩擦牽引力において、荷
重表面と相互作用し、優れた荷重面と相互作用し、優れた反発弾性と耐荷重能を
持つホウ酸フィルムを形成する。ポリマーと混合された酸化ホウ素粒子は、周囲
の大気中の水分と反応することによって、露出面でホウ酸を形成する。表面フィ
ルムは結晶ホウ酸の層から成り、これらの層は比較的容易に互いに滑り合い、摩
擦と摩耗を減少させる。
ポリマー中に酸化ホウ素を含むこの様な複合構造に関しては、性能を2から9倍
のオーダーで改善することが可能である。これらのタイプのポリマー複合物は、
自動注油式ポリマー複合物を作製する技術に携わる者にとって公知である。ホウ
酸を形成する酸化ホウ素の粒子サイズは、ポリマーの用途によって異なるが、0.
1 から500ミクロンの範囲で、0.05重量パーセント以上の量が好ましい。ポリマ
ーの中に混合および／または分散できる固体酸化ホウ素の量は、粒子のサイズに
依存する。粒子のサイズが小さいほど、ポリマーの中に組み入れられる酸化ホウ
素の量は多くなる。一般に、好ましい範囲は0.05 から50重量パーセントで、最
も好ましい範囲は1から20％である。ポリマーに加えるべきホウ酸粒子のサイズ
と量は、その結果生成される複合物構造の用途によって決定される。最終組成物
に均質に酸化ホウ素を分布させるために、従来の器具と技術を利用できる。この
様な分散方法は、固体媒質に固体を分散する技術に精通する者にとって公知であ
る。これ
らのポリマーには、プラスチック、ゴム、エラストマー、ポリイミド、ナイロン
、エポキシ樹脂、テフロンが含まれる。混合用の特定のポリマーの選択は、用途
によって異なり、本技術に通常の技術を有する者により容易に決定される。
具体例
以下の具体例は、本発明を説明する事を目的としており、これを限定する事を
目的としていない。特に指示されていない限り、全ての量は重量により表示され
ている。
具体例１。ホウ酸、潤滑油またはグリースの混合物
本具体例は、ホウ酸および油またはグリースの混合物を使用することにより性
能がどの位改善されるかを示すものである。本具体例において、市販の鉱油とモ
ーター油を粒子サイズが約0.2-40ミクロンで、1から50重量パーセントの量のホ
ウ酸粉末と混合する。この混合物をガラス容器に入れ、少なくとも2時間マグネ
チックスターラーを用いて激しく撹拌する。次に混合物を潤滑剤として摩耗試験
機で使用する。試験機の機能と主な特徴は、1990 Annual Book of ASTM Standar
ds，Volume3.02，Section 3，Pages 391-395 に記載されている。この試験にお
いて、先端が半径5インチ(127mm)の半球のスチール(440C、および52100)および
アルミナ(Aｌ2O3)製ピンを摩耗試験機のピン-ホルダーに固定し、回転している
スチールまたはアルミナ製ディスクに押しつけた。固定されたピン-ホルダーを
下方に押しつけるてこ装置を通して、回転しているディスクに特定の荷重をかけ
る。被験潤滑剤が固定されたピンを被覆している。明示された温度、圧力、速度
にて、明示された距離に関して実施された試験後、チャート記録装置から定常状
態の摩擦係数が得られ、これを表Ｉに示す。摩耗率は、1990 Annual Book of AS
TM Standards，Volume3.02，Section 3，Pages 394に示されている式から計算し
、メートルあたりの立法ミリメートル(mm3/m)で表されている。得られた摩耗率
の結果と摩擦係数を表IIに要約する。
具体例２。濃縮（約10重量パーセント）ホウ酸水溶液を、マグネチックスター
ラーを使用して70℃で調製した。混合／溶解過程で視認できる沈殿の発生を防止
するように注意を払った。やはりマグネチックスターラーを用いて、濃縮ホウ酸
溶液を石油を基剤とするグリース製品と70℃で均質に合わせた。合わせたグリー
ス／ホウ酸混合物を、大気中より低い圧力（5から27インチHg）と約250°Fの温
度で維持された脱水オーブンに入れ、急速蒸発させ、グリース生成物を提供した
。
上記の方法で調製されたグリース生成物を、化合物の結晶の形態を分析するた
めの、あるいは結晶が存在しないことを分析するための有用な技術であるラマン
分光器にかけた。放射線の吸収に基づく赤外分光器と対照的に、ラマン分光器は
明確な分子構造の結果として放射線の反射が関与している。結晶材料は、ユニー
クなラマンスペクトルを示す明確な三次元構造を持っているが、不定形材料は、
結晶構造を持たない材料と同じく、明確な特徴を持たないラマンスペクトルを提
供する。上記の様に調製されたグリース生成物を、調製後約20時間後にラマン分
光器を用いて分析し、これを何も加えないグリースのスペクトルとまず比較し、
次に結晶ホウ酸のスペクトルと比較した。
ホウ酸のラマンスペクトルは、875cm-1辺の顕著なピークによりを特徴づけら
れる。これに対して、前記グリース生成物のラマンスペクトルは875cm-1には何
も反応を示さないが、823cm-1に鋭いピークを示す。スペクトルは、ホウ酸に特
徴的なピーク(875cm-1)が存在しない点が顕著で、グリース混合生成物が結晶ホ
ウ酸を含んでいないことを実証している。
これに反して、本発明に従って調製されたホウ酸／グリース混合物は、876cmー 1
においてピークを示すラマンスペクトルを示した。これは、前記グリース生成
物のスペクトルには認められない結晶ホウ酸に特徴的なスペクトルである。（ピ
ーク強度が小さく、位置がややずれているのは、固体ホウ酸よりも混合物が低濃
度のためである。）
本発明の特徴を更に明確にするために、酸化ホウ素組成物を調製し、この様な
組成物が大気中の水分を吸収することによりホウ酸を形成する能力を評価した。
そこで、市販の酸化ホウ素粉末を脱水オーブンのなかに入れ、約27インチHgの大
気中より低い気圧で350°Fにて20から25分間加熱し、その前に吸収された水分を
全て除去した。この様にして得られた無水酸化ホウ素を、手動とマグネチックス
ターラーで撹拌することにより石油基剤のグリースと合わせた。
この様にして得られた酸化ホウ素／グリース混合物を室温で約20時間、大気中
の水分に晒した。
酸化ホウ素／グリース混合物のラマンスペクトルは、ホウ酸に伴う、その結晶
構造に依る所の特徴的なピーク(875cm-1)を示さず、酸化ホウ素が大気中の水分
に晒されず、特定の処理温度でなければ、酸化ホウ素は水和せず、ホウ酸を形成
しないことを証明している。
具体例３。ホウ酸および、ホウ酸を形成する酸化ホウ素、ポリマーの混合物。
本具体例は、多くの代表的市販ポリマーと組み合わせて使用された場合、ホウ酸
添加剤の混合物を使用することによる性能改善の程度を示している。本具体例に
おいて、ポリマーは、粒子サイズ約0.2から40ミクロン、1重量パーセントから20
重量パーセントの酸化ホウ素粉末と混合される。ポリマーと酸化ホウ素粉末の混
合物をガラス容器に入れ、ミキサーで少なくとも2時間激しく撹拌する。この混
合物をまず成形し、次いで加熱圧搾し、最後に最適温度で硬化させ、稠密な固体
ディスク形状を形成する。得られた樹脂複合物／組成物を次に摩耗試験器でテス
トする。試験機の機能と主な特徴は、1990 Annual Book of ASTM Standards，Vo
lume3.02，Section 3, Pages 391-395 に記載されている。この試験において、
先端が半径5インチ(127mm)の半球のスチール(440C、M50および52100)製ピンを摩
耗試験機のピン-ホルダーに固定し、回転している樹脂製ディスクに押しつけた
（ホウ酸添加剤を加えずに調製された複合物との比較が行われた）。固定された
ピン-ホルダーを下方に押しつけるてこ装置を通して、回転しているディスクに
特定の荷重をかける。明示された温度、圧力、速度にて、明示された時間／距離
／回転に関して実施された試験後、チャート記録装置から定常状態の摩擦係数が
得られた。これを下記の表IIIに示す。
表Ｉ。種々のスチール製ピンと選択されたポリマーディスクから得られた摩擦試
験結果。試験条件；荷重0.5-1kg；速度、1-4mm/秒；温度、22-25℃；滑り距離、
180m；試験の組み合わせ、種々のスチール製ピンと酸化ホウ素粒子を含むポリマ
ーディスク、含まないポリマーディスク。
上記の結果は、酸化ホウ素とポリマー材料の混合物は、未混合の純粋ポリマー
よりも3から9倍摩擦係数を小さくすることを証明している。表IIIに要約されて
いるポリイミド系に関する図１に示す様に、純粋ポリマーに対して滑るスチール
製ピンの摩耗は顕著であったが、酸化ホウ素を含むポリマーに対して滑る同じピ
ン
の摩耗は殆ど測定できなかった。表IIIに要約されている試験に引用されている
方法は、加工処理中でもその後の使用中でも、この様な樹脂組成物により摩耗（
または摩耗が発生しない事）が起こる事を示している事は、本技術に精通する者
にとって明らかである。
本発明は、種々の特定の具体例と実施例により説明されているが、本発明はそ
れに限定されるのではなく、以下の請求の範囲内で多くの方法で実施できること
を理解する事が重要である。本技術に精通する者にとって明らかな様に、本発明
のその他の利点と特徴は、請求の範囲から、またその合理的な同等物によって決
定される請求項の範囲により明らかとなる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Improvements BACKGROUND present invention the lubricating effect of boric acid additive is boric acid and oil or grease or improved lubricant prepared from a mixture of other lubricant base about. The invention also relates to an improved self-lubricating composite lubricant prepared from boric acid and / or a mixture of boron oxide forming boric acid and various technical polymers. In particular, the invention relates to mixtures comprising a specific range of sizes and amounts of boric acid particles in the mixture and / or suspension. Lubricants play an important role in protecting machine parts and extending the operating life of machines. Optimizing the properties of lubricants is still a primary objective as the machines operate in more demanding and difficult conditions as efficiency and performance increase. Although many additives have been developed, there is much that needs to be done to meet the increasing demands currently arising from lubricants. The purpose of the invention is therefore an object of the present invention is to provide an improved lubricant. Another object of the present invention is to provide a new lubricant additive. It is a further object of the present invention to provide an improved solid phase lubricant additive. It is a further object of the present invention to provide a lubricant base for use as such, or as a concentrate to be added to another lubricant to improve the lubricity of another lubricant. It is to provide a new lubricant in which boric acid solids are dispersed in an agent. It is a further object of the present invention to provide an improved method of lubricating ceramic, resin and / or metal parts using boric acid additives. It is a further object of the present invention to provide a new multifunctional lubricant comprising boric acid and a polymeric solid additive in the lubricant base. It is a further object of the present invention to provide improved solid lubricants and methods for use as part of a resin / polymer composite and / or system. Other objects, features and advantages of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the following summary and claims, taken in conjunction with the accompanying drawings and embodiments. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 compares the coefficient of friction of a polyimide resin composite and a polyimide resin containing the boric acid additive of the present invention therein, as described in Table III below and the accompanying text. FIG. The upper plot shows the coefficients determined for the polyimide base, and the lower plot corresponds to the polyimide / borate / oxide composite of the present invention. Similar to the referenced ASTM method, the comparison was performed at 10 N, 6 rpm, 20-80% RH, R temperature (room temperature). SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a lubricating composition together with a resin composition from various viewpoints. The present invention overcomes the known problems and shortcomings of the prior art, including the problems and shortcomings outlined above. In part, the invention is a lubricating composition comprising solid crystalline boric acid and a non-aqueous lubricant base. In a preferred embodiment, non-aqueous lubricant bases include, but are not limited to, petroleum, mineral oil, synthetic oil, silicone oil, mixtures thereof, non-aqueous solvents, mineral greases, synthetic greases, and mixtures thereof. Not done. Also, in a preferred embodiment, the boric acid reducing friction and wear is 0.05-50 weight percent of the composition. In a highly preferred embodiment, boric acid is 0.1-1.0 weight percent of the composition. Also, boric acid crystals are about 0.1-40 microns in size. As will be apparent to those skilled in the art, the use of boric acid of smaller particle / crystal size increases the benefits. All particle / crystal sizes are limited only by the techniques available to provide the boric acid of the present invention. Also, the weight percentage of the boric acid component is limited only by the available formulation techniques and the amount of boric acid required to improve lubricity. Similar features of the invention apply to resin compositions that include the following and provide the same advantages. Examples of such lubricating compositions further include antioxidants, metal passivators, rust inhibitors, viscosity index improvers, pour point depressants, dispersants, detergents, extreme pressure additives, antiwear additives. And mixtures thereof, but are not limited thereto. In particular, if the additional additive is a dispersant, the dispersant is present in an amount sufficient to maintain the boric acid uniform throughout the lubricant base. In a very preferred embodiment, the lubricant base is grease. Alternatively, but not exclusively, a highly preferred embodiment is an oil composition to which a lubricating composition as described above has been added. With respect to the latter example, the lubricant base may be high in boric acid concentration or weight percent such that when boric acid is added to the oil composition, sufficient boric acid is included to provide the desired lubricating properties. It may be or include a non-aqueous solvent. In this manner, the lubricating composition of the present invention can be used as a concentrate for subsequent addition to oils, greases, and the like. In part, the invention is a solid resin composition comprising a particulate boric acid additive and a synthetic polymer, whereby the boric acid additive is formed from its components and lubricates the composition when subsequently processed. Are dispersed in the polymer. In addition, such resins are provided with surprisingly very low friction and wear properties that are useful in terms of sliding, rolling and rolling contact. In one aspect of the invention, the additive is a hydration product of boric acid and water at the conditions of resin formation and / or processing. Regardless of whether the additives are the same, the boric acid additive is about 0.05-50 weight percent of the composition. In a highly preferred embodiment, the boric acid additive is about 0.1-1.0 weight percent. In a preferred embodiment, the particle size of the boric acid additive is about 0.1-500 microns. Similarly, it is not necessary, but preferred, that the additives be evenly distributed, as will be apparent to those skilled in the art. With respect to particle size, by those skilled in the art, particle size can be a function of resin application along with processing and compounding parameters. In addition to the foregoing considerations, any technically achievable particle size can be used in accordance with the present invention, with the potential for breaking crystals to reduce the observed lubricity below desired levels. It is clear that there is. In a preferred embodiment, polymers useful for incorporation with the resin compositions of the present invention include polyolefins and polyurethanes, including polyimides, polyamides, epoxy resins, Teflon materials and structurally related fluoropolymers. Not limited. Alternatively, such a polymer with a similar effect is a thermoset plastic material. Various embodiments of the present invention can be used in combination with other lubricants and / or fillers, including but not limited to graphite, molybdenum disulfide, and fluorinated polyethylene. Similarly, such resin compositions can include carbon fibers. In part, the present invention is a self-lubricating resin composition comprising a boric acid additive and a thermosetting polymer, whereby the boric acid additive is present in the composition in an amount sufficient to reduce the coefficient of friction of the composition. Dispersed inside. In a preferred embodiment, the additive is boron oxide, which forms boric acid when reacted with water under resin forming and / or processing conditions. Regardless of whether the additive is a friction or wear reducing boron oxide, such an additive is preferably about 0.05-50 weight percent of the composition. In a highly preferred embodiment, the additive is boron oxide present at about 1.0-20% by weight of the composition. In addition to the considerations above, regardless of whether the additive is boron oxide, the additive is preferably about 0.1-500 micron sized particles. Such self-lubricating resins can contain carbon fibers as an additional component. In one preferred form of the invention, the additive to the lubricant base takes the form of a boric acid or a boric oxide-forming dispersant of boric acid. The boric acid additive of this example is available in the form of solid particles ranging in particle size from about 0.5 to 100 microns. A preferred form of this additive is essentially boric acid powder, available from USBorax of Los Angeles, California. The resulting lubricant with boric acid dispersed therein, when suspended in a lubricant, gains the advantage of low boric acid friction properties. Examples of lubricant bases are oils such as petroleum-based oils, synthetic oils, mineral oils, hydrocarbon-based oils, silicone oils, or other suitable lubricants which preferably do not react with boric acid. For example, undesired reactions include destruction or significant disruption of the boric acid layered crystal structure. Without limiting the scope of the invention, the boric acid particles interact with the loading surface under conditions of high pressure and frictional traction, providing excellent resilience and load bearing capacity. The layered structure of the crystalline boric acid particles can slide relatively easily on each other, reducing friction and wear. The boric acids of the present invention are particularly useful for systems operated at temperatures up to about 170 ° C. The boric acid is then dispersed as a component in the lubricant base, so that the performance of the mixture is greatly improved. In another embodiment, boric acid and boron oxide forming boric acid can be mixed with the polymer and used as a lubricant at temperatures up to about 170 ° C. The resulting lubricant has an improved performance of the mixture. Tests have shown improvements on the order of 10-1000% or more for the corresponding conventional lubricants, especially for lubrication systems in which the lubricant is circulated. In a most preferred embodiment, the boric acid particles are about 0.2 to 40 microns in size to facilitate the formation of a stable suspension with boric acid present in an amount of at least 0.1 to 0.2% by weight. is there. The amount of solid particles that can be mixed and / or dispersed in the oil depends on the size of the particles. The smaller the particle size, the more particles can be suspended in the oil. Generally, the preferred range for oils is about 0.5 to 50 weight percent, for grease about 1-50 weight percent, and the most preferred ranges are 1-15% for oil and 1-20% for grease. The size and amount of boric acid particles added to the oil and grease is generally determined by the use of the resulting lubricant mixture containing solid particles in suspension. Conventional equipment and techniques can be used to provide a substantially homogeneous or stable dispersion of the additives in the final mixture. By stable dispersion is meant a mixture in which the solid lubricant particles are present as separate and discrete particles in the presence of the stabilizer and the carrier liquid medium. Methods for homogeneously dispersing particles in a lubricant base are known in the art. It is also possible to first prepare a concentrate containing a larger amount of boric acid and then add it to a conventional oil or grease. The lubricant may further include other additives that further improve the basic properties of the lubricant. Such additives include antioxidants, metal passivators, rust inhibitors, viscosity index improvers, pour point depressants, dispersants, detergents, liquid and solid type extreme pressure additives, antiwear additives. Is included. The lubricant base grease useful for preparing the lubricant composition of the present invention may be any of the known greases used as bases applied to extreme pressure. Preliminary tests show that when compared to the untreated polymer base, the self-lubricating polymer composite prepared according to the present invention can reduce friction by 50% to 90% and reduce wear to an unmeasurable degree It is shown. Boron oxide particles incorporated into conventional polymers have been shown to enhance antiwear and antifriction properties and increase their physical strength and load bearing capacity. The lubricant additives of the present invention provide a moving resin / polymer surface with very little friction and wear. Thus, the slip performance and time to wear of these polymers is significantly increased. The temperature, noise level and vibration of the sliding object are reduced and the efficiency is significantly higher. These and other advantages that are apparent to one of ordinary skill in the art are the fillers known to those skilled in the art, in the form of a mixture of boron oxide and polymer, to enhance friction and wear properties. Can be achieved. The additive of the present invention is boron oxide and is available in the form of solid particles having a particle size of about 0.5 to 1,000 microns or less in diameter. The mixture of the present invention is unique and has the advantage of a slippery boric acid film formed naturally on the surface of boron oxide mixed with a suitable polymer. At high pressures and frictional traction, the boron oxide particles interact with the load surface, interact with the superior load surface, and form a boric acid film with excellent resilience and load bearing capability. The boron oxide particles mixed with the polymer form boric acid on the exposed surface by reacting with moisture in the surrounding atmosphere. The face film consists of layers of crystalline boric acid, which slide relatively easily on each other, reducing friction and wear. For such a composite structure containing boron oxide in the polymer, performance can be improved on the order of 2 to 9 times. These types of polymer composites are known to those skilled in the art of making self-lubricating polymer composites. The particle size of boric acid to form boric acid will vary depending on the application of the polymer, but is preferably in the range of 0.1 to 500 microns with an amount of 0.05 weight percent or more. The amount of solid boron oxide that can be mixed and / or dispersed in the polymer depends on the size of the particles. The smaller the particle size, the greater the amount of boron oxide incorporated into the polymer. Generally, the preferred range is 0.05 to 50 weight percent, and the most preferred range is 1 to 20%. The size and amount of boric acid particles to be added to the polymer will be determined by the use of the resulting composite structure. Conventional tools and techniques can be used to distribute the boron oxide homogeneously in the final composition. Such dispersion methods are known to those familiar with the art of dispersing solids in solid media. These polymers include plastics, rubbers, elastomers, polyimides, nylons, epoxy resins, and Teflon. The choice of a particular polymer for mixing will depend on the application, and will be readily determined by one of ordinary skill in the art. Specific Examples The following specific examples are intended to illustrate the invention, but not to limit it. Unless otherwise indicated, all amounts are given by weight. Specific example 1. Mixture of boric acid, lubricating oil or grease This example illustrates how performance can be improved by using a mixture of boric acid and an oil or grease. In this embodiment, commercially available mineral oil and motor oil are mixed with boric acid powder having a particle size of about 0.2-40 microns and an amount of 1 to 50 weight percent. The mixture is placed in a glass container and stirred vigorously with a magnetic stirrer for at least 2 hours. The mixture is then used as a lubricant in a wear tester. The function and main features of the tester are described in the 1990 Annual Book of ASTM Standards, Volume 3.02, Section 3, Pages 391-395. In this test, hemispherical steel (440C and 52100) and alumina (Al 2 O 3 ) pins with a 5 inch (127 mm) radius tip were fixed to the pin-holder of the abrasion tester and the rotating steel or Pressed against alumina disc. A certain load is applied to the rotating disc through a leverage device that presses the fixed pin-holder down. The test lubricant covers the fixed pin. After tests performed at the specified temperatures, pressures, and speeds for the specified distances, steady state coefficients of friction were obtained from the chart recorder and are shown in Table I. The wear rate is calculated from the formula shown in 1990 Annual Book of AS TM Standards, Volume 3.02, Section 3, Pages 394, and is expressed in cubic millimeters per meter (mm 3 / m). The resulting wear rate results and friction coefficients are summarized in Table II. Specific example 2 . A concentrated (about 10 weight percent) aqueous boric acid solution was prepared at 70 ° C. using a magnetic stirrer. Care was taken to prevent the formation of visible precipitates during the mixing / dissolving process. Again using a magnetic stirrer, the concentrated boric acid solution was homogenously combined with a petroleum-based grease product at 70 ° C. The combined grease / borate mixture was placed in a dehydration oven maintained at a subatmospheric pressure (5 to 27 inches Hg) and at a temperature of about 250 ° F. and flash evaporated to provide a grease product. The grease product prepared by the above method was subjected to Raman spectroscopy, a useful technique for analyzing the crystalline morphology of the compound or for the absence of crystals. In contrast to infrared spectroscopy, which is based on the absorption of radiation, Raman spectroscopy involves the reflection of radiation as a result of a well-defined molecular structure. Crystalline materials have a well-defined three-dimensional structure exhibiting a unique Raman spectrum, whereas amorphous materials provide a Raman spectrum with no well-defined features, as do materials without a crystalline structure. Approximately 20 hours after preparation, the grease product prepared as described above is analyzed using a Raman spectrometer, and is first compared with the spectrum of grease to which nothing is added, and then compared with the spectrum of crystalline boric acid. did. The Raman spectrum of boric acid is characterized by a prominent peak around 875 cm -1 . In contrast, the Raman spectrum of the grease product shows no nothing reaction is 875cm -1, indicating a sharp peak at 823cm -1. The spectrum is notable for the absence of the characteristic peak for boric acid (875 cm −1 ), demonstrating that the grease mixture does not contain crystalline boric acid. In contrast, the boric acid / grease mixture prepared according to the present invention exhibited a Raman spectrum peaking at 876 cm - 1 . This is a characteristic spectrum of crystalline boric acid which is not observed in the spectrum of the grease product. (The peak intensity is small and the position is slightly shifted because the concentration of the mixture is lower than that of solid boric acid.) To further clarify the features of the present invention, a boron oxide composition was prepared. The ability of such compositions to form boric acid by absorbing atmospheric moisture was evaluated. Thus, commercially available boron oxide powder was placed in a dehydration oven and heated at 350 ° F. for 20 to 25 minutes below atmospheric pressure of about 27 inches Hg to remove any moisture previously absorbed. The anhydrous boron oxide thus obtained was combined with a petroleum-based grease by stirring manually and with a magnetic stirrer. The boron oxide / grease mixture thus obtained was exposed to atmospheric moisture for about 20 hours at room temperature. The Raman spectrum of the boron oxide / grease mixture does not show the characteristic peak (875 cm -1 ) associated with boric acid due to its crystal structure, the boron oxide is not exposed to atmospheric moisture and the specific treatment Unless the temperature, boron oxide does not hydrate, proving that it does not form boric acid. Specific example 3. A mixture of boric acid and boron oxide to form boric acid, a polymer. This example illustrates the degree of performance improvement by using a mixture of boric acid additives when used in combination with many representative commercial polymers. In this embodiment, the polymer is mixed with a boron oxide powder having a particle size of about 0.2 to 40 microns, 1 weight percent to 20 weight percent. The mixture of polymer and boron oxide powder is placed in a glass container and stirred vigorously with a mixer for at least 2 hours. The mixture is first molded, then hot pressed, and finally cured at an optimum temperature to form a dense solid disk shape. The resulting resin composite / composition is then tested on a wear tester. The function and main features of the tester are described in the 1990 Annual Book of ASTM Standards, Volume 3.02, Section 3, Pages 391-395. In this test, a hemispherical steel (440C, M50 and 52100) pin with a radius of 5 inches (127 mm) was fixed to the pin-holder of the abrasion tester and pressed against a rotating resin disc (boric acid). Comparisons were made with composites prepared without added additives). A certain load is applied to the rotating disc through a leverage device that presses the fixed pin-holder down. After tests performed at the specified temperature, pressure, and speed for the specified time / distance / rotation, the steady state coefficient of friction was obtained from the chart recorder. This is shown in Table III below. Table I. Friction test results obtained from various steel pins and selected polymer discs. Test conditions; load 0.5-1 kg; speed, 1-4 mm / sec; temperature, 22-25 ° C .; sliding distance, 180 m; test combination, polymer discs with and without various steel pins and boron oxide particles. The above results demonstrate that a mixture of boron oxide and a polymeric material reduces the coefficient of friction by a factor of 3 to 9 over unmixed pure polymer. As shown in FIG. 1 for the polyimide system summarized in Table III, the wear of the steel pin slipping on the pure polymer was significant, but the wear of the same pin slipping on the polymer containing boron oxide was almost zero. Could not measure. The methods cited in the tests summarized in Table III show that abrasion (or no abrasion) occurs with such a resin composition, both during processing and subsequent use, It will be apparent to those familiar with the technology. While the invention has been described in terms of various specific embodiments and examples, it is important to understand that the invention is not so limited and can be implemented in many ways within the scope of the following claims. It is. As will be apparent to those skilled in the art, other advantages and features of the invention will be apparent from the claims, and from the claims, which may be determined by their reasonable equivalents.
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(51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ
Ｃ１０Ｎ 30:06
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